一种超临界流体发泡聚烯烃材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种超临界流体发泡聚烯烃材料及其制备方法，所述超临界流体发泡聚烯烃材料采用以下步骤制备得到：制备聚烯烃片材，所述聚烯烃材料的熔点为Tm；对聚烯烃片材进行辐射交联；将得到的交联聚烯烃片材放入压力容器中，进行高压氮气浸渍，所述浸渍温度T1为Tm+（30~120）℃；然后在0.5~15s内快速卸压成核，成核温度T2=Tm‑（50~80）℃：然后再进行低压加热发泡，发泡温度T3为Tm+（20~50）℃，且所述T3小于T1。采用此技术方案，对材料的结晶度也没有要求，大大缩短了气体达到溶解饱和状态的时间，提高了效率，可得到泡孔细腻均匀、密度较低、机械强度优良的形状规整的发泡材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于发泡材料
，尤其涉及一种超临界流体发泡聚烯烃材料及其制备方法。
技术介绍
泡沫材料因具有保温、隔热、减震、隔音等功能，广泛应用于日常用品、交通工具、建筑、电器、包装材料、运动设施等行业，高性能的泡沫塑料还可用于军事、航空航天等尖端领域。根据所用发泡剂的不同，塑料发泡可分为物理发泡法和化学发泡法两大类。化学发泡法一般是添加化学发泡剂如偶氮二甲酰胺(AC)、偶氮二异丁腈(AIBN)、碳酸氢钠和碳酸氢铵等，加热使发泡剂分解产生气体，使塑料熔体产生泡孔得到泡沫材料。物理发泡法是先将氮气(N2)、二氧化碳(CO2)、丁烷、戊烷等气体或低沸点液体氟里昂(CFCs、HCFCs、HFCs)溶入塑料中，通过减压或者加热释放出气体，从而在塑料中形成气孔而发泡。在发泡的过程中，物理发泡剂仅是物理状态发生变化，不发生化学组成的改变。目前常用的化学发泡剂如偶氮二甲酰胺(AC)，在发泡剂生产过程中会产生大量的对环境有害物质，污染环境。此外，欧盟的研究发现，AC发泡剂在受热分解时，会产生可能导致癌症的物质—氨基脲，这种物质会进入食品，并且在婴儿食品中含量最高。因此欧盟2005年8月2日起已禁止AC发泡剂作为食品包装或与食品接触的塑料材料和产品的销售与进口。2010年底欧盟开始对以AC为发泡剂的发泡制品中甲酰胺的含量进行限值。常用的物理发泡剂氟利昂，会破坏大气臭氧层，已成为禁用物质。此外，常规的发泡产品，有些发泡剂高温分解产生的气体会对大气环境造成污染，有的发泡剂分解后的残余物会对产品造成污染，使产品的性能下降，产品有异味，这也限制了其在某些特殊领域的应用。超临界流体(Supercritical Fluids，SCF)是指某种物质处于临界点(临界温度、临界压力)以上，兼具有气体和液体的双重特性。这种流体具有不同于气体或液体的独特物性，其密度、黏度、溶解能力和扩散系数等性质随温度和压力变化十分敏感。当二氧化碳(CO2)处于31.1℃、7.38MPa以上，氮气(N2)处于-147℃、3.4MPa以上时，就进入了超临界状态。以超临界CO2或N2替代传统的发泡剂，发泡过程相对温和，发泡剂取自环境，发泡完成后又返回环境，与传统的发泡工艺(包括化学发泡和使用烷烃发泡剂的物理发泡)相比，不会对环境和发泡制品本身造成污染，完全消除了AC发泡剂、氟氯烃、石油醚等有机溶剂带来的环境危害和安全问题，是目前最环保和最安全的聚合物发泡技术。但是，目前超临界流体固态间歇发泡工艺存在以下问题：(1)目前超临界流体固态间歇发泡工艺，通常饱和温度较低，气体饱和过程需要几个小时甚至几十个小时，所需要的超临界流体的用量较大，设备占地大，生产效率较低，成本较高；(2)现有技术的成核样品在高于浸渍温度及压力的条件下进行发泡，发泡后样品很容易变形，且不容易得到形状规整的发泡材料。(3)得到的发泡材料的泡孔孔径和泡孔密度不好调节，泡孔均匀度不够，且在较高发泡倍率下的机械强度较低；有些对材料的结晶度还有要求。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术公开了一种超临界流体发泡聚烯烃材料及其制备方法，对材料的结晶度没有要求，大大缩短了气体达到溶解饱和状态的时间，提高了效率，可得到泡孔细腻均匀、密度较低、机械强度优良的形状规整的发泡材料。对此，本专利技术采用的技术方案为：一种超临界流体发泡聚烯烃材料，采用以下步骤制备得到：步骤S1：制备聚烯烃片材，所述聚烯烃材料的熔点为Tm；步骤S2：对聚烯烃片材进行辐射交联，得到交联的聚烯烃片材；步骤S3：将步骤S2中得到的交联的聚烯烃片材放入压力容器中，所述压力容器的温度为T1，所述T1为Tm+(30～120)℃；然后向压力容器中注入氮气或二氧化碳，使压力容器内的压力P1为30～70MPa，恒温恒压0.5～3h，使交联的聚烯烃片材吸收氮气或二氧化碳；其中，温度T1为浸渍温度；压力P1为浸渍压力；步骤S4：在压力容器中恒温恒压0.5～3h后，在0.5～15s的卸压时间内卸压，使压力容器内的压力降为12～18MPa，使交联的聚烯烃片材中的泡孔成核，然后将压力容器冷却至T2后卸压至大气压，取出成核样品；其中，所述T2＝Tm-(30～80)℃；步骤S5：将步骤S4得到的成核样品放入压力容器中，加压至1.5～5MPa，即发泡压力为1.5～5MPa；然后将压力容器的温度升至T3，保温保压5～20min后，卸至常压，样品膨胀发泡，其中，所述T3为Tm+(20～80)℃，且所述T3小于T1。其中，所述温度T3为发泡温度。本专利技术的技术方案，采用先快速卸压成核，然后低压加热发泡的工艺过程，这个步骤的主要好处在于：1)成核与发泡分开进行，便于调控浸渍压力、浸渍温度、卸压速率、发泡温度、发泡压力，从而调控成核样品的成核密度、样品的膨胀程度，最终调控发泡样品的泡孔密度、泡孔孔径，以及泡沫的密度及其机械性能，可得到泡孔细腻均匀、密度较低、机械强度优良的发泡材料。2)成核与发泡分开进行，样品在较高温度下采用超临界流体进行浸渍，加快了气体扩散速度，提高了气体在欲发泡聚合物中的溶解度，大大缩短了气体达到溶解饱和状态的时间；成核样品在低于浸渍温度及浸渍压力的条件下进行发泡，避免了发泡后样品的变形，可得到形状规整的发泡材料。3)成核与发泡分开进行，在得到相同尺寸发泡样品的情况下，可减小高压釜的体积，减少超临界流体的用量，缩短浸渍过程中升温及加压的时间，提高发泡材料的生产效率，降低成本。作为本专利技术的进一步改进，步骤S2的辐射剂量为40～80kGy。作为本专利技术的进一步改进，采用电子加速器进行辐射交联。作为本专利技术的进一步改进，步骤S3中，所述温度T1为Tm+(40～50)℃。作为本专利技术的进一步改进，步骤S3中，所述压力P1为40～60MPa。作为本专利技术的进一步改进，步骤S4中，在1～5s内卸压；所述温度T2为Tm-(60～70)℃。作为本专利技术的进一步改进，步骤S5中，所述温度T3为Tm+(20～30)℃。作为本专利技术的进一步改进，所述聚烯烃为LDPE、MDPE、HDPE或LLDPE中的至少一种。作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，采用挤出制备聚烯烃片材。本专利技术还提供了一种如上所述的超临界流体发泡聚烯烃材料的制备方法，包括以下步骤：步骤S1：制备聚烯烃片材，所述聚烯烃材料的熔点为Tm；步骤S2：对聚烯烃片材进行辐射交联，得到交联的聚烯烃片材；步骤S3：将步骤S2中得到的交联的聚烯烃片材放入压力容器中，所述压力容器的温度为T1，所述T1为Tm+(30～120)℃；然后向压力容器中注入氮气或二氧化碳，使压力容器内的压力P1为30～70MPa，恒温恒压0.5～3h，使交联的聚烯烃片材吸收氮气或二氧化碳；其中，温度T1为浸渍温度；压力P1为浸渍压力；步骤S4：在压力容器中恒温恒压0.5～3h后，在0.5～15s的卸压时间内卸压，使压力容器内的压力降为12～18MPa，使交联的聚烯烃片材中的泡孔成核，然后将压力容器冷却至T2后卸压至大气压，取出成核样品；其中，所述T2＝Tm-(30～80)℃；步骤S5：将步骤S4得到的成核样品放入压力容器中，加压至1.5～5MPa，即发泡压力为1.5～5MPa；然后将压力容器的温度升至T3，保温保压5～20min后，卸至常压，样品膨胀发泡，其中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超临界流体发泡聚烯烃材料，其特征在于：采用以下步骤制备得到：步骤S1：制备聚烯烃片材，所述聚烯烃材料的熔点为Tm；步骤S2：对聚烯烃片材进行辐射交联，得到交联的聚烯烃片材；步骤S3：将步骤S2中得到的交联的聚烯烃片材放入压力容器中，所述压力容器的温度为T1，所述T1为Tm+（30~120）℃；然后向压力容器中注入氮气或二氧化碳，使压力容器内的压力P1为30~70MPa，恒温恒压0.5~3h，使交联的聚烯烃片材吸收氮气或二氧化碳；步骤S4：在压力容器中恒温恒压0.5~3h 后，在0.5~15s内卸压，使压力容器内的压力降为12~18MPa，使交联的聚烯烃片材中的泡孔成核，然后将压力容器冷却至T2后卸压至大气压，取出成核样品；其中，所述T2=Tm‑（30~80）℃；步骤S5：将步骤S4得到的成核样品放入压力容器中，加压至1.5~5MPa，然后将压力容器的温度升至T3，保温保压5~20min后，卸至常压，样品膨胀发泡，其中，所述T3为Tm+（20~80）℃，且所述T3小于T1。

【技术特征摘要】
1.一种超临界流体发泡聚烯烃材料，其特征在于：采用以下步骤制备得到：步骤S1：制备聚烯烃片材，所述聚烯烃材料的熔点为Tm；步骤S2：对聚烯烃片材进行辐射交联，得到交联的聚烯烃片材；步骤S3：将步骤S2中得到的交联的聚烯烃片材放入压力容器中，所述压力容器的温度为T1，所述T1为Tm+（30~120）℃；然后向压力容器中注入氮气或二氧化碳，使压力容器内的压力P1为30~70MPa，恒温恒压0.5~3h，使交联的聚烯烃片材吸收氮气或二氧化碳；步骤S4：在压力容器中恒温恒压0.5~3h 后，在0.5~15s内卸压，使压力容器内的压力降为12~18MPa，使交联的聚烯烃片材中的泡孔成核，然后将压力容器冷却至T2后卸压至大气压，取出成核样品；其中，所述T2=Tm-（30~80）℃；步骤S5：将步骤S4得到的成核样品放入压力容器中，加压至1.5~5MPa，然后将压力容器的温度升至T3，保温保压5~20min后，卸至常压，样品膨胀发泡，其中，所述T3为Tm+（20~80）℃，且所述T3小于T1。2.根据权利要求1所述的超临界流体发泡聚烯烃材料，其特征在于：步骤S2的辐射剂量为40~80 kGy。3.根据权利要求2所述的超临界流体发泡聚烯烃材料，其特征在于：采用电子加速器进行辐射交联。4.根据权利要求2所述的超临界流体发泡聚烯烃材料，其特征在于：步骤S3中，所述温度T1为Tm+（50~80）℃。5.根据权利要求2所述的超临界流体发泡聚烯烃材料，其特征在于：步骤S3中，所述压力P1为40~60MPa。6.根据权利要求2所述的超临界流体发泡聚烯烃材料，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：石洪军，刘鹏波，王勇，范宇，
申请(专利权)人：湖州长园特发科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33